Γιατί είναι πιο δύσκολη η άσκηση μετά από μια περίοδο αδράνειας;

Οι περίοδοι σωματικής αδράνειας λόγω καθιστικής ζωής, ασθένειας ή τραυματισμού συνδέονται με μειωμένη ικανότητα σωματικής άσκησης. Μια πρόσφατη μελέτη σε ποντίκια δείχνει ότι η πρωτεΐνη Piezo1 που εκφράζεται από τα ενδοθηλιακά κύτταρα που επενδύουν την εσωτερική επιφάνεια των αιμοφόρων αγγείων θα μπορούσε να μεσολαβήσει σε αυτές τις επιπτώσεις της σωματικής αδράνειας στην ικανότητα άσκησης. Προηγούμενη έρευνα έχει δείξει ότι η ενδοθηλιακή πρωτεΐνη Piezo1 μπορεί να ανιχνεύσει αλλαγές στη ροή του αίματος κατά τη διάρκεια της σωματικής δραστηριότητας. Στην παρούσα μελέτη διαπιστώθηκε ότι η απενεργοποίηση της Piezo1 είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση της πυκνότητας των τριχοειδών αγγείων στο μυ και τη μείωση της ικανότητας για σωματική δραστηριότητα. Τα δεδομένα αυτά υποδηλώνουν ότι το Piezo1 μπορεί να διαμορφώσει την τοπική παροχή αίματος στους μυς και, συνεπώς, την ικανότητα σωματικής απόδοσης ανάλογα με τα επίπεδα σωματικής δραστηριότητας.

Η συν-συγγραφέας της μελέτης Dr. Fiona Bartoli, μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο Πανεπιστήμιο του Leeds, Ηνωμένο Βασίλειο, δήλωσε “Αν και η μελέτη αυτή πραγματοποιήθηκε σε ποντίκια, η πρωτεΐνη Piezo1 υπάρχει και στον άνθρωπο, γεγονός που υποδηλώνει ότι θα μπορούσε να υπάρχει ο ίδιος μοριακός μηχανισμός. Προτείνουμε ότι η απενεργοποίηση της Piezo1 από τη μη επαρκή άσκηση επηρεάζει τη σωματική απόδοση μειώνοντας την πυκνότητα των τριχοειδών αγγείων στους μυς”.

Πώς σχετίζεται η σωματική δραστηριότητα και η Piezo1;

Οι επιστήμονες υποθέτουν εδώ και αρκετό καιρό ότι ορισμένα μόρια στο σώμα μπορεί να είναι σε θέση να ανιχνεύουν τα επίπεδα σωματικής δραστηριότητας και να βοηθούν το σώμα να προσαρμόζεται καθώς τα επίπεδα σωματικής δραστηριότητας αλλάζουν. Η σωματική δραστηριότητα σχετίζεται με την αύξηση της ροής του αίματος στους μύες. Έτσι, μόρια ικανά να ανιχνεύουν αλλαγές στη ροή του αίματος προς τους μυς θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως αισθητήρες άσκησης. Το ενδοθήλιο είναι ένα στρώμα κυττάρων που επενδύει την εσωτερική επιφάνεια των αιμοφόρων αγγείων και μπορεί να ανιχνεύσει αλλαγές στη ροή του αίματος. Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι η πρωτεΐνη Piezo1 που εκφράζεται από τα ενδοθηλιακά κύτταρα μπορεί να αντιληφθεί την αύξηση της ροής του αίματος κατά τη διάρκεια της σωματικής δραστηριότητας. Επιπλέον, η πρωτεΐνη Piezo1 είναι επίσης απαραίτητη για την ενίσχυση της ροής του αίματος προς τους μυς κατά τη διάρκεια της σωματικής δραστηριότητας. Ωστόσο, ο αντίκτυπος του Piezo1 στα επίπεδα σωματικής δραστηριότητας παραμένει ασαφής.

Αυξάνει η πρωτεϊνη Piezo1 τη σωματική δραστηριότητα;

Στην παρούσα μελέτη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ενήλικα ποντίκια τα οποία είχαν τροποποιήσει γενετικά διακόπτοντας την έκφραση του γονιδίου Piezo1 στα ενδοθηλιακά τους κύτταρα. Η απενεργοποίηση της Piezo1 σε ενήλικα ποντίκια βοήθησε τους ερευνητές να αποφύγουν τις δυνητικά επιβλαβείς επιπτώσεις που θα μπορούσε να έχει η διακοπή της πρωτεΐνης αυτής στα αναπτυσσόμενα ποντίκια. Συνέκριναν τις επιδράσεις της απενεργοποίησης του Piezo1 στη σωματική δραστηριότητα με μια ομάδα ελέγχου που αποτελούνταν από ενήλικα ποντίκια με άθικτη ενδοθηλιακή έκφραση της Piezo1. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα ποντίκια στην ομάδα απενεργοποίησης παρουσίασαν χαμηλότερα επίπεδα τρεξίματος, αναρρίχησης και περπατήματος σε 10 εβδομάδες σε σχέση με την ομάδα ελέγχου.

Αν και τα ζώα και στις δύο ομάδες ασχολήθηκαν με τη σωματική δραστηριότητα για παρόμοιο χρονικό διάστημα, η απενεργοποίηση του Piezo1 οδήγησε σε χαμηλότερες ταχύτητες τρεξίματος, γεγονός που υποδηλώνει μείωση της ικανότητας για σωματική δραστηριότητα.

Τα δεδομένα αυτά υποδηλώνουν ότι η απενεργοποίηση της Piezo1 είχε αρνητικό αντίκτυπο στη σωματική απόδοση χωρίς να επηρεάζει το κίνητρο για σωματική δραστηριότητα.

Ποιοι είναι οι υποκείμενοι μηχανισμοί της απενεργοποίησης της Piezo1;

Αλλαγές στην αναπνοή, το μεταβολισμό, τη λειτουργία της καρδιάς ή τη σύνθεση των μυών θα μπορούσαν ενδεχομένως να εξηγήσουν τη μείωση της σωματικής απόδοσης μετά την απενεργοποίηση της Piezo1. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η απενεργοποίησή της  δεν μεταβάλλει τον ενεργειακό μεταβολισμό, την αναπνευστική ή την καρδιακή λειτουργία. Ομοίως, τα ζώα στις πειραματικές ομάδες και τις ομάδες ελέγχου δεν διέφεραν στη μάζα των σκελετικών μυών ή στη σύνθεση των μυϊκών ινών, τα οποία μπορούν να επηρεάσουν τη σωματική απόδοση.

Στη συνέχεια, εξετάστηκε ο αντίκτυπος της διακοπής της Piezo1 στην πυκνότητα των τριχοειδών αγγείων στο σκελετικό μυ. Διαπίστωσαν ότι η απενεργοποίηση της Piezo1 μείωσε την πυκνότητα των τριχοειδών αγγείων στους μύες κατά 20%. Επιπλέον, μια τέτοια μείωση της πυκνότητας των τριχοειδών δεν υπήρχε στον καρδιακό ιστό, γεγονός που υποδηλώνει ότι οι επιδράσεις της απενεργοποίησης της ήταν ειδικές για τον σκελετικό μυϊκό ιστό.

Στη συνέχεια εξετάστηκε αν η μειωμένη πυκνότητα των τριχοειδών αγγείων στον σκελετικό μυϊκό ιστό μετά την απενεργοποίηση της Piezo1 οφειλόταν στην υποχώρηση των ήδη υπαρχόντων αιμοφόρων αγγείων. Τα ενδοθηλιακά κύτταρα στα αιμοφόρα αγγεία υποστηρίζονται από μια μήτρα που ονομάζεται αγγειακή βασική μεμβράνη.

Μετά την απενεργοποίηση της Piezo1, οι ερευνητές βρήκαν υπολείμματα των προηγουμένως υπαρχόντων τριχοειδών αγγείων με τη μορφή της αγγειακής βασικής μεμβράνης χωρίς προσκολλημένα ενδοθηλιακά κύτταρα στους σκελετικούς μύες.

Εντόπισαν επίσης μια ρύθμιση των δεικτών κυτταρικού θανάτου στα ενδοθηλιακά κύτταρα μετά την απενεργοποίηση του Piezo1.

Τα δεδομένα αυτά υποδηλώνουν ότι η μειωμένη πυκνότητα των τριχοειδών αγγείων στο σκελετικό μυϊκό ιστό μετά την απενεργοποίηση της Piezo1 οφειλόταν στον αυξημένο θάνατο των ενδοθηλιακών κυττάρων, με αποτέλεσμα την οπισθοδρόμηση των αιμοφόρων αγγείων.

Σύμφωνα με ένα μοντέλο που βασίζεται σε αυτά τα δεδομένα, η αυξημένη ροή αίματος κατά τη διάρκεια της σωματικής δραστηριότητας μπορεί να ενεργοποιεί την ενδοθηλιακή πρωτεΐνη Piezo1. Αυτή η ενεργοποίηση μπορεί να συμβάλει στη διατήρηση ή την αύξηση της σταθερότητας των αιμοφόρων αγγείων στον σκελετικό μυϊκό ιστό, αυξάνοντας έτσι την πυκνότητα των τριχοειδών αγγείων και βελτιώνοντας τη μυϊκή απόδοση.

Στην παρούσα μελέτη, η διακοπή της έκφρασης του γονιδίου Piezo1 σε γενετικά τροποποιημένα ποντίκια είχε ως αποτέλεσμα χαμηλότερα επίπεδα σωματικής δραστηριότητας και μειωμένη πυκνότητα τριχοειδών αγγείων στο σκελετικό μυϊκό ιστό.

Οι ερευνητές σημειώνουν ότι μια παρόμοια απενεργοποίηση του Piezo1 μπορεί να συμβεί κατά τη διάρκεια μακρών περιόδων σωματικής αδράνειας, με αποτέλεσμα τη μείωση της ικανότητας άσκησης.